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簡要分析鋰離子電池的充電原理

鉅大LARGE  |  點擊量:1343次  |  2018年05月07日  

  鋰離子電池的充電過程可以分為三個階段:涓流充電(低壓預(yù)充)、恒流充電、恒壓充電。

  鋰電池的充電方式是限壓恒流,都是由IC芯片控制的,典型的充電方式是:先檢測待充電電池的電壓,如果電

  壓低于3V,要先進行預(yù)充電,充電電流為設(shè)定電流的110,電壓升到3V后,進入標(biāo)準(zhǔn)充電過程。標(biāo)準(zhǔn)充電過程為:

  以設(shè)定電流進行恒流充電,電池電壓升到4.20V時,改為恒壓充電,保持充電電壓為4.20V。此時,充電電流逐漸下

  降,當(dāng)電流下降至設(shè)定充電電流的110時,充電結(jié)束。

  下圖為充電曲線:

1.png

  下圖為鋰電池充電的三個階段:

2.png

  階段1:涓流充電

  涓流充電用來先對完全放電的電池單元進行預(yù)充(恢復(fù)性充電)。在電池電壓低于3V左右時采用涓流充電,涓流充電電流是恒流充電電流的十分之一即0.1c(以恒定充電電流為1A舉例,則涓流充電電流為100mA)

  階段2:恒流充電

  當(dāng)電池電壓上升到涓流充電閾值以上時,提高充電電流進行恒流充電。恒流充電的電流在0.2C至1.0C之間。電池電壓隨著恒流充電過程逐步升高,一般單節(jié)電池設(shè)定的此電壓為3.0-4.2V.

  階段3:恒壓充電

  當(dāng)電池電壓上升到4.2V時,恒流充電結(jié)束,開始恒壓充電階段。電流根據(jù)電芯的飽和程度,隨著充電過程的繼續(xù)充電電流由最大值慢慢減少,當(dāng)減小到0.01C時,認(rèn)為充電終止。(C是以電池標(biāo)稱容量對照電流的一種表示方法,如電池是1000mAh的容量,1C就是充電電流1000mA。)

  二、鋰電池的快速充電技術(shù)及規(guī)范:

  BC1.2規(guī)范也確定了每個端口應(yīng)如何向終端設(shè)備枚舉,以及識別應(yīng)用端口類型的協(xié)議。

  三種USBBC1.2端口類型為SDP、DCP和CDP。

  ?BC1.2的三種端口

  ●標(biāo)準(zhǔn)下行端口(SDP)

  這種端口的D+和D-線上具有15kΩ下拉電阻。限流值如上討論:掛起時為2.5mA,連接時為100mA,連接并配置為較高功率時為500mA。

  ●專用充電端口(DCP)

  這種端口不支持任何數(shù)據(jù)傳輸,但能夠提供1.5A以上的電流。端口的D+和D-線之間短路。這種類型的端口支持較高充電能力的墻上充電器和車載充電器,無需枚舉。

  ●充電下行端口(CDP)

  這種端口既支持大電流充電,也支持完全兼容USB2.0的數(shù)據(jù)傳輸。端口具有D+和D-通信所必需的15kΩ下拉電阻,也具有充電器檢測階段切換的內(nèi)部電路。內(nèi)部電路允許便攜設(shè)備將CDP與其它類型端口區(qū)分開來。

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  充電過程剖析

  從物理計算公式上來說,功率(P)=電壓(U)x電流(I),在電池電量一定的情況,功率標(biāo)志著充電速度,我們可以通過下列三種方式來縮短充電時間。

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  1.高電壓恒定電流模式:

  一般手機的充電過程是,先將220V電壓降至5V充電器電壓,5V充電器電壓再降到4.2V電池電壓。整個充電過程中,如果增大電壓,產(chǎn)生熱能,所以充電時,充電器會發(fā)熱,手機也會發(fā)熱。而且這樣功耗越大,對電池?fù)p害也是越大的。

  2.低電壓高電流模式:

  在電壓一定的情況下,增加電流,可以使用并聯(lián)電路的方式進行分流,恒定電壓下,進行并聯(lián)分流之后每個電路所分擔(dān)的壓力越小,在手機中也進行同樣處理的話,這個每條電路所承受的壓力也就越小。

  3.高電壓高電流模式:

  這種方式同時增大電流與電壓,這樣由之前的公式P=UI,我們可以知道的是,這種方式是增大功率最好的辦法,但增大電壓的同時會產(chǎn)生更多的熱能,這樣其中所消耗的能量也是越多,并且電壓與電流不是無限制的隨意增大。

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